光伏发电LED照明系统设计

辽宁工程技术大学毕业设计（论文）10.前言21世纪,人类将面临实现经济和社会可持续发展的重大挑战,能源短缺和环境保护是当前经济发展和能源领域最重要的课题。回顾100年间能源产业的发展历史,人类正在消耗地球50万年历史中积累的有限能源资源，煤和石油虽然极大地解放了生产力,但同时也向人类敲响了常规能源面临枯竭的警钟，根据有关材料显示,人类己确知的石油储备可供开40多年,天然气可供开采60余年,煤可供开采200年,高成本油气田可供开采450年能源问题的突出,不仅表现在常规能源的匾乏不足,更重要的是化石能源的开发利用对生态环境的污染破坏。每年有数十万吨硫等有害物质抛向天空,使大气环境遭到严重污染,局部地区形成酸雨,严重污染水土,直接影响居民的身体健康和生活质量。而每年排放的210万吨二氧化碳带来的温室效应,更造成冰雪消融,冰川退缩,全球气候变暖,自然灾害频繁。由此可见,常规能源在给人类社会带来巨大腾飞的同时,也在很大程度上使人类社会面临着前所未有的毁灭性灾难，在有关国际组织已召开多次会议,限制各国CO等温室气体的排放量，这些问题最终将迫使人们改变能源结构,依靠科技进步,大规模地开发利用可再生洁净能源,实现可持续发展。太阳能是取之不尽的可再生能源,可利用量巨大。太阳每秒钟放射的能量相当于6x100吨标准煤按此计算,一年内到达地球表面的太阳能总量折合标准煤共约1.892xl0.3千亿吨,是目前世界能源探明储量的10万倍。太阳的寿命至少尚有40亿年,相对于人类历史来说,太阳可源源不断供给地球能源的时间可以说是无限的，相对于常规能源的有限性,太阳能具有储量的无限性,存在的普遍性,使用的经济性,利用的清洁性,决定了开发利用太阳能将是人类解决常规能源匮乏，枯竭的最有效途径之。太阳能、风能等清洁能源凭借其自身优势得到了越来越多的关注,其开发利用在最近儿年能得到如此长足的发展,究其原因,可以简单归纳如下:A)一次能源,可再生能源；B)可以免费使用,无需运输；C）可以替代部分常规能源,增强能源供应的安个性和可靠性；D)可以降低二氧化碳的排放,减缓个球的气候变暖。顾宇航：光伏发电LED照明系统设计2由此可见,太阳能等清洁能源必将在世界能源结构转移中担起重任,成为21世纪后期的主导能源。太阳能的应用领域非常广泛,但最终可归结为太阳能的光热利用和光电利用两个方面。日常生活中,太阳能热水器便是光热利用的一个很好的例子,除此之外太阳能的光热利用还包括太阳房、太阳灶、太阳能温室、太阳能干燥系统、太阳能土壤消毒杀菌系统等,这此技术尤其在北方和西部应用较广,成效显著。太阳能热发电是太阳能热利用的另一个重要方面,它是利用集热器把太阳辐射热能集中起来给水加热产生蒸汽,然后通过汽轮机、发电机来发电。欧美在太阳能热发电方面较领先,我国才刚刚起步。若用太阳能全方位地解决建筑内热水、采暖、空调和照明用能,这将是最理想的方案,太阳能与建筑(包括高层)一体化研究与实施,是未来太阳能热开发利用的重要方向。除了太阳能热应用外,太阳能的光电应用也得到了长足的发展,这主要表现为光伏产业的发展,包括独立光伏系统、光伏并网系统等方面的应用。辽宁工程技术大学毕业设计（论文）31.概述1.1太阳能产业在国内外发展趋势及研究现状1.1.1太阳能照明是节能照明的发展趋势太阳的能源非常巨大，大约40分钟照射在地球上的太阳光所产生的能量相当于全球人类一年消耗的能量。可以说太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源。目前，全球能源危机日益加剧，各国都在寻找新的能源，以取代即将枯竭的煤、石油、天然气等地球上所剩无几的不可再生能源。作为新型照明方式之一，太阳能照明能否挑起重担，在未来的照明行业中起主导作用。这不仅仅是照明行业所关注的焦点，也是整个社会思考和关注的焦点。利用太阳能发电的经济性在很多情况下要优于常规的供电方式。太阳能电源系统运行成本低，几乎不需要维护，不需要备件，不需要增添燃料。太阳能系统设备可自动运行，适于在无人职守站使用。不包含任何运转部件，系统可连续工作、使用寿命超过数十年。太阳能电源系统的直流输出电压十分稳定。无需为引接入电网而修路，在没有电网的地方，太阳能为灵活选取站址提供可能。除了直接的经济效益以外，太阳能发电还有很多间接优点。在其它一些供电系统，往往由于断电而立即造成巨大的经济损失。太阳能系统仍能保证稳定可靠地工作。太阳能照明本质上是一个光电转换系统，专业领域称为“硅晶片地面光伏组件”。其工作原理是通过硅晶片接收太阳光线后转变为电能，然后储存在蓄电池中，再由光感开关进行控制，当天黑时能够自动点亮，天亮时又自动熄灭。太阳能灯是光电转换技术的一种应用产品，凭借其节能、环保、无需布线、自动控制、随时变换位置等优点，在照明行业中树立起神圣的地位。因为硅晶片价格昂贵，最初的太阳能仅应用在航天事业上。在技术上稍有突破后，被美国、日本、德国等发达国家率先尝试运用在高科技领域。随着太阳能光伏技术的发展和进步，在民用方面首先应用在照明灯具上。近几年来，太阳能灯具产品由于环保节能的双重优势，太阳能庭院灯、太阳能草坪灯和太阳能装饰灯等应用逐渐形成规模。大量试验表明，太阳能灯具和普通灯具对比分析后得出：在满足同样照明要顾宇航：光伏发电LED照明系统设计4求的条件下，两种不同的供电方式，太阳能灯成本比普通灯具要高；如果将投入工程的施工费用计入整个工程，则两种灯具在初始投资时造价相当。工程越大，普通灯具的工程施工费用越高，其初始投入大于太阳能灯具。使用时间越长，越能彰显太阳能灯具的实惠。如果把人力、物力计算在内，普通灯具的辅助费用与维护费用都将比预算的高。在后续的使用费用上（电费、维护费用等），太阳能灯具的优势更明显。如果在全国推广使用3亿只太阳能灯，其节能效果相当于新建一个三峡工程。据了解，太阳能的优点已被越来越多的人所接受。作为太阳能应用的系列产品之一，太阳能灯具一直是各方研究和关注的焦点。在已有技术基础上，技术人员与厂商集思广益，在诸多方面取得了突破性进展，为太阳能灯最终走向千家万户打下了坚实基础。专家预测，太阳能照明在未来十年后将会普及，成为未来照明行业发展趋势。1.1.2太阳能产业国外发展状况国际上，光伏发电发展迅猛。1973年，美国制定了政府级阳光发电计划；1980年又正式将光伏发电列入公共电力规划，累计投资达8亿多美元；1994年度的财政预算中，光伏发电的预算达7800多万美元，比1993年增加了23.4％；1997年美国和欧洲相继宣布“百万屋顶光伏计划”，美国计划到2010年安装100O～3000MW太阳电池。日本不甘落后，1997年补贴“屋顶光伏计划”的经费高达9200万美元，安装目标是7600MW。在各国政府的扶持下，世界太阳能电池产量快速增长，1995～2005年间，全球太阳能电池产量增长了l7倍。我们预计，2010年全球太阳能电池的年产量有望较2005年的年产量增长6.3倍，整个行业的销售收入有望增长3.5倍。而在太阳能产业遥遥领先的德国，于2003年修汀的《再生能源法》中强调：电力公司以保证价格收购再生能源，使德国2005年太阳能等可再生能源产业获得34亿欧元的补助。德国的“百万屋顶计划”使许多家庭不仅利用太阳能解决了自家的能源使用，而且这些家庭还成为小型“私人电站”，源源不断地向电网公司输送电力，获得一笔可观的收人。辽宁工程技术大学毕业设计（论文）51.1.3太阳能产业国内发展状况我国太阳能资源非常丰富，开发利用的潜力非常大。我国太阳能发电产业的应用空间也非常广阔，可以应用于并网发电、与建材结合、解决边远地区用电困难问题等。我国政府对太阳能发电产业也给予了充分的扶持，先后出台了一系列法律、政策，有力的支持了产业的发展。在1995～2003年间，我国合计在太阳能发电方面的资金投入22亿元人民币，对太阳能新能源起着积极的推动作用。2005年后，我国太阳能发电产业又有了突飞猛进的发展，无锡尚德、天威英利、新光硅业、浙江中意、赛维LDK、新疆新能源、常州天合、天津京瓷等公司纷纷进入成长期，生产规模不断扩大，技术水平不断提高，企业竞争力不断增强。随着太阳能光电效应的发展，在照明系统方面，太阳能草坪灯、庭院灯、台灯、城市光彩工程灯等众多品种大量出现在了日常生活中，是太阳能光源的主要应用方向，在提高人们生活水平的同时，又节约了大量能源。1.1.4太阳能跟踪系统的发展状况太阳能跟踪系统是保持太阳能电池板随时正对太阳，让太阳光的光线随时垂直照射太阳能电池板的动力装置，能显著提高太阳能光伏组件的发电效率。由于地球的自转，相对于某一个固定地点的太阳能光伏发电系统，一年春夏秋冬四季、每天日升日落，太阳的光照角度时时刻刻都在变化，有效的保证太阳能电池板能够时刻正对太阳，发电效率才会达到最佳状态。目前世界上通用的太阳能跟踪系统都需要根据安放点的经纬度等信息计算一年中的每一天的不同时刻太阳所在的角度，将一年中每个时刻的太阳位置存储到PLC、单片机或电脑软件中，也就是靠计算太阳位置以实现跟踪。采用的是电脑数据理论，需要地球经纬度地区的的数据和设定，一旦安装，就不便移动或装拆，每次移动完就必须重新设定数据和调整各个参数；原理、电路、技术、设备都很复杂，非专业人士不能够随便操作。河北某太阳能光伏发电企业独家研发出了具有世界领先水平、成本低廉、简单易用、不用计算各地太阳位置数据、无软件、可在移动设备上随时顾宇航：光伏发电LED照明系统设计6随地准确跟踪太阳的智能太阳能跟踪系统。该太阳能跟踪系统是国内首家完全不用电脑软件的太阳空间定位跟踪仪，具有国际领先水平，能够不受地域和外部条件的限制，可以在-50℃至70℃环境温度范围内正常使用；跟踪精度可以达到±0.001°，最大限度的提高太阳跟踪精度，完美实现适时跟踪，最大限度提高太阳光能利用率。该太阳能跟踪系统可以广泛的使用于各类设备的需要使用太阳跟踪的地方，该太阳能跟踪系统价格实惠、性能稳定、结构合理、跟踪准确、方便易用。把加装了智能太阳跟踪仪的太阳能发电系统安装在高速行驶的汽车、火车，以及通讯应急车、特种军用汽车、军舰或轮船上，不论系统向何方行驶、如何调头、拐弯，该太阳能跟踪系统都能保证设备的要求跟踪部位正对太阳。1.2LED照明在国内外发展现状1.2.1国外LED电路发展现状半导体照明技术的开发研究引起了全球研究机构和企业的重视。国外共有近200家公司参与器件、材料和设备的开发，近300所大学和研究所参与研发。目前，功率型白光LED光视效能（发光效率）已经达到100lm/W，研究水平达到160lm/W。经过技术发展和市场竞争，世界主要LED厂商已经形成各自的技术特色。日本日亚化学处于全球技术领先水平，垄断高端白色、蓝、绿色LED的市场，丰田合成在白光LED及车灯照明技术开发据国际前端。美国Cree的碳化硅衬底生长GaN外延片国际领先，传统照明巨头Philips绝对控股的美国Lumileds功率型白光LED国际领先；传统照明巨头Osram欧司朗控股的德国欧司朗光电半导体功率型LED封装和车用LED灯具开发国际领先。1.2.2国内LED电路发展现状国内的外延片生长技术主要源于美国，基本上是进口美国的有机金属化学气相沉淀（MOCVD）装备，这些装备在美国就不是一流的装备，在整个LED产业外延片的生长、芯片、芯片封装3个环节中，外延片生长投资要占到70%，外延片成本要占到封装成成品的70%，同时外延片生长技术的人才全世界都缺乏，简单的说，外延片的水平决定了整个LED产业水平，国内近几年也陆续引进了辽宁工程技术大学毕业设计（论文）750多台MOCVD装备，均处理大生产工艺摸索阶段，一旦工艺成熟，则会上10倍地增大装备数量形成规模生产，市场需求巨大。国家“863”计划和信息产业发展基金及时支持了国产外延设备如液相外延炉和MOCVD设备的研发（中科院半导体所、中电科技集团公司第四十八所），通过整机消化吸收，关键技术再创新等措施，填补了国内空白，使长期制约我国LED产业发展的装备瓶颈得以突破。随着国家照明工程的起步，国内LED芯片设备的巨大需求再次引起了国外半导体设备生产商的积极响